JP5260316B2

JP5260316B2 - 水平連続鋳造方法および水平連続鋳造装置

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Description

この発明は、溶湯を鋳型から水平方向に鋳出す水平連続鋳造方法、およびこの方法を実施するための水平連続鋳造装置に関する。

この水平連続鋳造では一般に、次のような過程を経て金属溶湯から長尺鋳塊を製造する。すなわち、金属溶湯を溜めるタンディッシュに入った溶湯は、耐火物製通路を通った後、ほぼ水平に設置された筒状鋳型内に入り、ここで強制冷却されて溶湯本体の外表面に凝固殻が形成される。さらに鋳型から引き出された鋳塊に水などの冷却剤が直接放射され、鋳塊内部まで金属の凝固が進行しつつ鋳塊が連続的に引き出される。

この水平連続鋳造では、潤滑油を鋳型の入口側の内周壁から注入し金属溶湯の鋳型壁への焼き付きを防止している。この鋳型においては、鋳塊の上面と下面にかかる重力の差により下部壁面から上部壁面へと潤滑油は押し上げられる。また潤滑油の加熱により発生した分解ガスも上部壁面へと上昇する。このような要因により、鋳型内周壁と、溶湯や鋳塊外周面の凝固殻との間の潤滑状態は、鋳型の上下で不均一となっている。

例えば鋳型の下方では、鋳型内周壁と、溶湯や凝固殻との間に潤滑油が流入せず、溶湯が鋳型内周壁に焼き付くため凝固殻が破れて未凝固状態の溶湯が流出し、大きい鋳造欠陥となるか、またはさらに進むと鋳塊がちぎれて鋳造作業が不可能になる。一方、鋳型の上方では潤滑油が過多の状態となり、また溶湯と鋳型内周壁との接触が密接でないために、鋳型による溶湯の冷却が不十分となって未凝固状態の溶湯が鋳塊上部から吹き出すこととなる。

金属の水平連続鋳造におけるこのような本質的な問題の克服するために、従来から例えば特許文献１の解決策が提案されている。

前記特許文献１に記載された水平連続鋳造方法は、筒状鋳型の内周面の金属溶湯供給部分と柱状金属溶湯本体との間に生成される空間の圧力を外部から制御可能とした鋳造装置において、圧力を一定に保持することにより上下の冷却を一定にするというものである。
特公平８−２９３９３号公報

ところが、今日ではさらに鋳塊の組織に上下差が少ないことが要求されている。しかし、特許文献１に記載されているような、鋳型内の空間の圧力を一定に保つのみでは、鋳型上部の押し湯による圧力（静水圧）受けたガス溜まりにより、鋳型上下の冷却速度に差が生じるため、鋳塊組織に生じる上下差を十分に解消することは困難である。

本発明は、上記背景技術に鑑み、水平連続鋳造において、鋳型の上下で冷却速度を均一化し、上下で組織差の少ない鋳塊を製造できる水平連続鋳造方法、およびこの方法を実施するための水平連続鋳造装置の提供を目的とする。

即ち、本発明の水平連続鋳造方法は下記［１］〜［７］に記載の構成を有する。

［１］タンディッシュから供給される溶湯を鋳型の出口から水平方向に鋳出す水平連続鋳造方法において、
鋳型の入口近傍に形成されるガス溜まりの圧力（Ｐ_Ａ）を、タンディッシュ内の溶湯高さにより発生する静水圧（Ｐ）の１〜１．２倍の圧力を最大圧力（Ｐ_ｍａｘ）とし、前記静水圧（Ｐ）よりも低い圧力を最小圧力（Ｐ_ｍｉｎ）として脈動させながら連続鋳造することを特徴とする水平連続鋳造方法。

［２］前記脈動の周期が０．２〜５秒である前項１に記載の水平連続鋳造方法。

［３］前記脈動の最小圧力（Ｐ_ｍｉｎ）が大気圧から前記静水圧（Ｐ）の０．７倍までの範囲内に設定されている前項１または２に記載の水平連続鋳造方法。

［４］前記ガス溜まりのガスは、鋳型に供給された潤滑油が気化または分解した潤滑油由来のガス、または前記潤滑油由来のガスおよび外部から供給されるガスを含むガスである前項１〜３のいずれかに記載の水平連続鋳造方法。

［５］前記ガス溜まりのガスを間歇的に排出することにより脈動させる前項１〜４のいずれかに記載の水平連続鋳造方法。

［６］前記ガス溜まりへのガスの供給と、前記ガス溜まりからのガスの排出とを切り替えることにより脈動させる前項１〜４のいずれかに記載の水平連続鋳造方法。

［７］前記鋳型の上部側からガスを排出する前項５または６に記載の水平連続鋳造方法。

また、本発明の水平連続鋳造装置は下記［８］〜［１２］に記載の構成を有する。

［８］水平方向に貫通する成形孔を有する鋳型、ガス調整用部材、耐火性部材およびタンディッシュが、タンディッシュ内の溶湯が耐火性部材およびガス調整用部材の通路孔を通って鋳型の成形孔に導入されるように配設された水平連続鋳造装置であって、
前記ガス調整用部材に、その通路孔に連通し、前記鋳型の成形孔内のガスを外部に排出させるガス排出管に接続される排出用通路が設けられ、かつ前記ガス排出管にガスの排出と排出停止を切り替える開閉弁が設けられていることを特徴とする水平連続鋳造装置。

［９］前記排出用通路が、前記鋳型または耐火性部材との合わせ面において通路孔の上部側に設けられた溝である前項８に記載の水平連続鋳造装置。

［１０］前記ガス調整用部材に、その通路孔に連通し、外部から前記鋳型の成形孔内にガスを供給するガス供給管に接続される供給用通路が設けられ、かつ前記ガス供給管にガスの供給と供給停止を切り替える開閉弁が設けられている前項８または９に記載の水平連続鋳造装置。

［１１］前記供給用通路が、前記鋳型または耐火性部材との合わせ面において、通路孔の周りに設けられた環状溝、およびこの環状溝と通路孔の間の環状壁を切り欠いて通路孔に通じるように設けられた複数の連通溝である前項１０に記載の水平連続鋳造装置。

［１２］前記ガス調整用部材がガス透過性材料からなり、前記供給用通路が、前記鋳型または耐火性部材との合わせ面において通路孔の周りに設けられた環状溝であり、外部から供給されたガスが前記環状溝と通路孔の間の環状壁を透過して供給される前項１０に記載の水平連続鋳造装置。

上記［１］に記載された水平連続鋳造方法によれば、ガス溜まりの圧力の脈動により、鋳型内で一次冷却されている鋳塊の冷却速度が上下で差が小さくなる。好ましくは均一化される。このため、鋳塊組織における上下差を小さくすることができる。

上記［２］［３］に記載された各水平連続鋳造方法によれば、特に冷却速度の上下差を小さくすることができる。

上記［４］に記載された各水平連続鋳造方法によれば、脈動させるガス溜まりのガスとして、潤滑油由来のガス、または潤滑油由来のガスおよび外部から供給されるガスを利用することができる。

上記［５］に記載された水平連続鋳造方法によれば、ガス溜まりのガスを間歇的に排出させることにより脈動させることができる。

上記［６］に記載された水平連続鋳造方法によれば、ガスの供給と排出を交互に切り替えることにより脈動させることができる。

上記［７］に記載された水平連続鋳造方法によれば、設定した最大圧力と最小圧力にて効率良く脈動させることができる。

上記［８］に記載された水平連続装置によれば、上記［１］〜［５］の水平連続鋳造方法を実施することができ、鋳型の上下で組織差の小さい鋳塊を連続鋳造することができる。

上記［９］に記載された水平連続鋳造装置によれば、上記［７］の水平連続鋳造方法を実施することができ、かつガスの排出用通路の形成が容易である。

上記［１０］に記載された水平連続鋳造装置によれば、上記［６］［７］の水平連続鋳造方法を実施することができ、鋳型の上下で組織差の小さい鋳塊を連続鋳造することができる。

上記［１１］［１２］に記載された各水平連続鋳造装置によれば、上記［６］［７］の水平連続鋳造方法を実施することができ、かつガスの供給用通路の形成が容易である。

本発明の水平連続鋳造方法を実施する水平連続鋳造装置の構成を示す断面図である。図１の要部拡大図である。図１の水平連続鋳造装置に用いるガス調整用部材を耐火性部材側から見た斜視図である。図１の水平連続鋳造装置に用いるガス調整用部材を鋳型側から見た斜視図である。他のガス調整用部材を示す斜視図である。鋳塊の断面図である。

符号の説明

１…水平連続鋳造装置
10…タンディッシュ
12…耐火性部材
20…ガス調整用部材
21…通路孔
22…環状溝（供給用通路）
23…溝（供給用通路）
24…ガス供給管
26,31…電磁弁（開閉弁）
29…溝（排出用通路）
30…ガス排出管
40…鋳型
41…成形孔
Ｍ…溶湯
Ｓ…鋳塊
Ｓ１…チル層
Ｔ１…鋳塊の最上部におけるチル層の厚さ
Ｔ２…鋳塊の最下部におけるチル層の厚さ
Ｇ…ガス溜まり
Ｇ１…供給ガス
Ｇ２…排出ガス

図１および図２は本発明の水平連続鋳造装置(1)の鋳型付近の一例を示している。

前記水平連続鋳造装置(1)において、(10)は側壁に出湯口(11)を有するタンディッシュ、(12)は円形の通路孔(13)を有する板状の耐火性部材、(20)は円形の通路孔(21)を有する円板状のガス調整用部材、(40)は円形の成形孔(41)を有する筒状鋳型である。これら(10)(12)(20)(40)は、出湯口(11)、通路孔(13)、通路孔(21)、成形孔(41)が連通し、かつ連通した孔の中心軸（Ｑ）がほぼ水平になるように配置されている。そして、タンディッシュ(10)中に貯留された溶湯（Ｍ）は、耐火性部材(12)の通路孔(13)およびガス調整用部材(20)の通路孔(21)を通って鋳型(40)の成形孔(41)に導入され、冷却を受けて凝固する。凝固した鋳塊（Ｓ）は図外の引出装置によって連続的に鋳型(40)から引き抜かれる。

前記鋳型(40)は、内部にキャビティ(42)を有し、このキャビティ(42)に図外の供給管から導入される冷却水（Ｃ）を流通させることにより、鋳型(40)を冷却して成形孔(41)内の鋳塊（Ｓ）を一次冷却するとともに、出口側に設けられた開口部(43)から冷却水（Ｃ）を噴出させて出口から鋳出されてくる鋳塊（Ｓ）に放射し、鋳塊（Ｓ）を二次冷却するものとなされている。また、前記成形孔(41)の入口側にはこの成形孔(41)に臨んで多孔質グラファイトからなる自己潤滑性を有する円筒体(44)が装填されている。前記円筒体(44)の外周面には環状通路(45)が設けられ、潤滑油供給管(46)から供給される潤滑油が前記環状通路(45)によって円筒体(44)の全周に運ばれ、円筒体(44)内を浸透して成形孔(41)の壁面に供給される。(47)は潤滑油の供給量を調整する調整弁である。

ガス調整用部材(20)の両面には、前記通路孔(21)に連通するガス通路を形成するため溝が設けられている。

図２および図３Ａに示すように、入口側の面には、前記通路孔(21)と同心の環状溝(22)が設けられ、さらに前記通路孔(21)と環状溝(22)の間の環状壁を切り欠いて通路孔(21)に通じる複数の連通溝(23)が周方向に等間隔で設けられている。前記環状溝(22)および連通溝(23)は耐火性部材(12)によって閉じられ、通路孔(21)に対してスリット状に開口するガスの供給用通路となる。また、前記環状溝(22)はガス供給管(24)に連通し、ポンプ(25)で加圧されたガス（Ｇ１）はこのガス供給管(24)を通じて導入され、環状溝(22)によって全周に運ばれて連通溝(23)から通路孔(21)内に供給される。また、前記ガス供給管(24)上には、ガス供給管(24)の開閉を切り替える電磁弁(26)、供給するガス（Ｇ１）の流量を開度により調節する調整弁(27)、ガス（Ｇ１）の流量を測定する流量計(28)が設置されている。

一方、図２および図３Ｂに示すように、出口側の面には、前記通路孔(21)に連通する一つの溝(29)が通路孔(21)の上部側に形成されている。前記溝(29)は鋳型(40)の端面によって閉じられ、前記通路孔(21)に対してスリット状に開口するガスの排出用通路となる。前記溝(29)はガス排出管(30)に連通し、後述するガス溜まり（Ｇ）のガス（Ｇ２）は溝(29)からガス排出管(30)を通じて外部に排出される。また、前記ガス排出管(30)上には、ガス排出管(30)の開閉を切り替える電磁弁(31)、排出するガス（Ｇ２）の流量を開度により調節する調整弁(32)、排出するガス（Ｇ２）の圧力を測定する圧力計(33)が設置されている。

(34)は制御装置であり、圧力計(33)で測定されたガス溜まり（Ｇ）の圧力値に基づいて、ガス供給管(24)上の電磁弁(26)の開閉およびガス排出管(30)上の電磁弁(31)の開閉を切り替える。

前記ガス調整用部材(20)の連通溝(23)および溝(29)の深さ、即ちスリット状開口部の幅は０．０２〜０．０８ｍｍの範囲に設定することが好ましい。前記範囲にすれば、溶湯（Ｍ）の表面張力により溶湯（Ｍ）の侵入を確実に防止することができる。

前記鋳型(40)の成形孔(41)の直径はタンディッシュ(10)の出湯口(11)よりも小さく、前記耐火性部材(12)の通路孔(13)はタンディッシュ(10)の出湯口(11)と同径に、前記ガス調整用部材(20)の通路孔(21)は鋳型(40)の成形孔(41)と同径に形成され、前記耐火性部材(12)とガス調整用部材(20)と間には段差が形成されている。また、前記ガス調整用部材(20)においては通路孔(21)の周方向の全域から全周からガス（Ｇ１）が供給される。かかる構造により、タンディッシュ(10)から鋳型(40)の成形孔(41)に溶湯（Ｍ）が導入されると、前記段差を過ぎてガス調整用部材(20)の通路孔(21)から鋳型(40)の成形孔(41)の入口近傍において、溶湯（Ｍ）の周囲にガス溜まり（Ｇ）が形成される。このガス溜まり（Ｇ）を形成するガス（Ｇ２）には、外部から供給されたガス（Ｇ１）の他、円筒体(44)から供給された潤滑油の一部が気化または分解した潤滑油由来のガスを含み、さらには溶湯（Ｍ）から放出される微量のガスを含むこともある。

前記ガス溜まり（Ｇ）のガス（Ｇ２）は鋳型(40)の壁面と一次冷却中の鋳塊（Ｓ）との界面に入り込み、鋳塊（Ｓ）をエアスリップさせることにより鋳型(40)と鋳塊（Ｓ）との潤滑性を発現させるものである。鋳塊（Ｓ）がエアスリップしないと、鋳塊（Ｓ）の引抜きとともに潤滑油まで抜かれてしまい、焼き付きやブレークアウトの原因となる。

また、鋳型(40)内のガスは上方に溜まり易いため、外部から制御しない限り、ガス溜まり（Ｇ）は成形孔(41)内の下部側よりも上部側に大きく形成される。あるいは上部側のみに形成されて下部側には形成されない。このような状態になると、ガスは熱伝導性が悪いためにガス溜まり（Ｇ）が断熱層となって上部側での冷却が遅くなり、凝固後の鋳塊組織に上下差が生じる。本発明においては、前記ガス溜まり（Ｇ）におけるガス圧力（Ｐ_Ａ）を脈動させることにより、ガス溜まり（Ｇ）の体積を上下で可及的に均一化し、ひいては上下で均一に冷却することにより鋳塊組織における上下差を小さくする。

前記ガス溜まり（Ｇ）における圧力（Ｐ_Ａ）は、最大圧力（Ｐ_ｍａｘ）をタンディッシュ(10)の溶湯高さ（Ｈ）により発生する静水圧（Ｐ）の１〜１．２倍の圧力に設定し、最小圧力（Ｐ_ｍｉｎ）を静水圧（Ｐ）よりも低い圧力に設定して脈動させる。即ち、１Ｐ≦Ｐ_ｍａｘ≦１．２Ｐ、かつＰ_ｍｉｎ＜Ｐとなるように設定する。前記圧力（Ｐ_Ａ）が大きくなるほど、ガス溜まり（Ｇ）の体積が大きくなり鋳出し方向における長さも長くなって、鋳型(40)と一次冷却中の鋳塊（Ｓ）との接触面積が小さくなって凝固が遅くなる。そして、前記圧力（Ｐ_Ａ）が１．２Ｐを超えると鋳型(40)内で十分に凝固せずにブレークアウトするおそれがある。一方、前記圧力（Ｐ_Ａ）が小さくなるにしたがって、ガス溜まり（Ｇ）が小さくなってガスによる潤滑効果が低下する。また、ガス溜まり（Ｇ）を十分に形成しかつ脈動による上記効果を得るは、最大圧力（Ｐ_ｍａｘ）を１Ｐ以上とするするとともに最小圧力（Ｐ_ｍｉｎ）をＰより小さくする必要がある。脈動における好ましい最大圧力（Ｐ_ｍａｘ）は１Ｐ〜１．２Ｐであり、好ましい最小圧力（Ｐ_ｍｉｎ）は大気圧から０．７Ｐである。

また、脈動の中心圧力値（Ｐ_ｃ）は最大圧力（Ｐ_ｍａｘ）および最小圧力（Ｐ_ｍｉｎ）が決まると自ずと決定される。中心圧力値（Ｐ_ｃ）は限定されないが、前記静水圧（Ｐ）よりも低い値に設定することが好ましい。また、最大圧力（Ｐ_ｍａｘ）と最小圧力（Ｐ_ｍｉｎ）との差は０．３Ｐ〜１．２Ｐが好ましい。

本発明は脈動の周期を限定するものではないが、脈動による最大の効果を得て鋳塊（Ｓ）の上下で冷却速度の差を小さく、好ましくは均一にするために０．２〜５秒が好ましい。脈動の周期は冷却速度に最も影響を及ぼす因子であり、脈動の周期以外の条件が同等であれば、鋳造速度、鋳塊直径、潤滑剤の供給量、圧力範囲等の鋳造条件に拘わらず、脈動の周期が短い方ほど鋳塊（Ｓ）の上下で冷却速度が均一になる傾向がある。ひいては、図５に示す鋳塊（Ｓ）の断面において、チル層（Ｓ１）の厚さの上下差（Ｔ２−Ｔ１）が小さくなる傾向がある。

上述した水平連続鋳造装置(1)において、ガス溜まり（Ｇ）の圧力（Ｐ_Ａ）の脈動の制御は、外部からガス調整用部材(20)を介して供給されるガス（Ｇ１）の供給と供給停止の切り替え、ガス調整用部材(20)を介して排出されるガス（Ｇ２）の排出と排出停止の切り替え、さらに供給ガス（Ｇ１）および排出ガス（Ｇ２）の流量調節を組み合わせることによって行う。以下に、２つの制御方法を例示する。

なお、本水平連続鋳造装置(1)においては、ガス排出管(30)上の圧力計(33)で排出ガス（Ｇ２）の圧力を測定し、この測定値を静水圧（Ｐ）、ガス排出管(30)の径、長さ等により補正した補正圧力値をガス溜まり（Ｇ）の圧力（Ｐ_Ａ）としている。
〔１〕圧力の測定値を基準にして調整する方法
圧力計(33)でガス溜まり（Ｇ）の圧力（Ｐ_Ａ）を監視し、ガス供給管(24)の電磁弁(26)を開いてガス（Ｇ１）を供給している状態で、（Ｐ_Ａ）が設定された最大圧力（Ｐ_ｍａｘ）に達したら、前記電磁弁(26)を閉じてガス（Ｇ１）の供給を停止するとともに、ガス排出管(30)の電磁弁(31)を開いてガス（Ｇ２）を排出させる。ガス（Ｇ２）の排出により圧力（Ｐ_Ａ）が下がり、（Ｐ_Ａ）が設定された最小圧力（Ｐ_ｍｉｎ）に達したら、前記電磁弁(31)を閉じて排出を止め、ガス供給管(24)の電磁弁(26)を開いてガス（Ｇ１）を供給し、圧力（Ｐ_Ａ）を上げる。この動作において、制御装置(24)では、圧力計(33)の測定値を受け、補正によって得た圧力（Ｐ_Ａ）に基づいて電磁弁(26)(31)に開閉信号を送信する。以下、この動作を反復する。

このとき、脈動の周期が適正値となるように、供給ガス（Ｇ１）の流量（供給速度）および排出ガス（Ｇ２）の流量（排出速度）を調整弁(27)(32)の開度で調整しておく。
〔２〕脈動の周期を基準にして調整する方法
脈動の周期を固定し、制御装置(34)から電磁弁(26)(31)の開閉信号を送信してガス（Ｇ１）の供給とガス（Ｇ２）の排出を交互に切り替える。ガス（Ｇ１）の供給時には電磁弁(31)を閉じて排出を停止し、ガス（Ｇ２）の排出時には電磁弁(26)を閉じて供給を停止する。給排の切り替えのタイミングはタイマー等で設定しておく。

このとき、好ましい最大圧力（Ｐ_ｍａｘ）および最小圧力（Ｐ_ｍｉｎ）となるように、供給ガス（Ｇ１）の流量（供給速度）および排出ガス（Ｇ２）の流量（排出速度）を調整弁(27)(32)の開度で調整しておく。

前記ガス溜まり（Ｇ）に供給するガス（Ｇ１）の種類は限定されず、空気、窒素ガス等を用いることができる。また、前記ガス（Ｇ１）の注入量は、前記電磁弁(26)の開状態において０．２ｍｌ／ｍｉｎ以下が好ましい。０．２ｍｌ／ｍｉｎを超えると前記電磁弁(26)の開閉動作がついていかず鋳塊（Ｓ）がブレークアウトするおそれがあるし、それほどに多量のガスを供給しなくても上記圧力範囲の脈動を実現できる。特に好ましいガス（Ｇ１）の注入量は０．０２〜０．１ｍｌ／ｍｉｎである。

脈動の制御方法は上述した２つの方法に限定するものではない。例えば、電磁弁(26)(31)を開いた状態で、調整弁(27)(32)の開度を変化させて供給するガス（Ｇ１）または排出するガス（Ｇ２）の流量を変化させることによってもガス溜まり（Ｇ）の圧力（Ｐ_Ａ）を脈動させることができる。

また、潤滑油由来のガスが十分に発生してガス溜まり（Ｇ）が形成される場合は、外部からガス（Ｇ１）を供給することなく、電磁弁(31)の開閉を周期的に切り替えて間歇的にガス（Ｇ２）を排出させることにより圧力（Ｐ_Ａ）を脈動させることができる。また、調整弁(32)の開度調節、または電磁弁(31)の開閉と調整弁(32)の開度調節の組み合わせによっても脈動させることができる。

上述したように、ガス溜まり（Ｇ）の圧力（Ｐ_Ａ）を脈動させることにより、鋳型における冷却速度の上下差を小さくすることができ、鋳塊組織における上下差を小さくすることができる。このような水平連続鋳造方法は任意の金属に適用できる。例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金金の連続鋳造に適用できる。

本発明の水平連続鋳造装置は、上述したガス溜まりの脈動を実現できる限り、上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、ガス調整用部材は、ガス透過性材料を用いることにより、図４に示すような構造にすることができる。このガス調整用部材(50)はグラファイト等の多孔質材からなり、溶湯の入口側の面に、通路孔(51)と同心で、図外のガス供給管に連通する環状溝(52)が設けられ、出口側の面には前記ガス調整用部材(20)と同じく排出用の溝が形成されている。前記環状溝(52)は耐火性部材によって通路孔(51)から閉じられるが、ガス供給管から導入されたガスは環状溝(52)によって全周に運ばれ、環状溝(52)と通路孔(51)の間の環状壁を(53)を透過して通路孔(51)内に供給される。前記ガス透過性材料としてグラファイト等の多孔質材を例示できる。

なお、図３Ａおよび図３Ｂに示したガス調整用部材(20)はガス透過性を必要としないので、Ｗ等の金属、グラファイト、セラミック等の耐熱材料を適宜用いることができる。

また、ガス調整用部材に設ける排出用通路および供給用通路として、図３Ａ、図３Ｂおよび図４のようにガス調整用部材の露出面に溝を形成し、耐火性部材または鋳型によって閉じるようにすれば通路の製作が容易である。勿論、本発明はこのような通路構造に限定するものではなく、部材内部に貫通孔を設けてガスを供給または排出するようにしても良い。

さらに、上記実施形態の水平連続鋳造装置(1)においては、溶湯（Ｍ）の入口側の下方からガス（Ｇ１）を供給し、出口側の上方からガス（Ｇ２）を排出させている。しかし、本発明はガスの給排方向を上記例に限定するものではなく、溶湯（Ｍ）の入口側または出口側、鋳型の上方または下方、さらには側方の任意の組み合せでガスの給排を行うことができる。ただし、ガスは上方に溜まりやすいため、上方から排出させることにより、設定した最大圧力と最小圧力にて効率良く脈動させることができる。上方から排出させる場合、溶湯の入口側、出口側のどちらから排出させても良い。また、ガスの供給については、ガス供給管の位置にかかわりなく、外部から導入されたガスを全周に運んで周方向の全域から供給することが好ましい。

さらに、ガス調整用の部材を用いずに、鋳型または耐火性部材にガスの給排用の通路を設けても良い。

また、潤滑油の供給方法も限定されない。例えば、成形孔に開口部を設けて潤滑油を供給しても良い。

図１および図２に示した水平鋳造装置(1)を用いてアルミニウム合金（Ａｌ−１１％Ｓｉ−４．５％Ｃｕ−０．５％Ｍｇ）鋳塊の鋳造試験を行った。

鋳型(40)は、成形孔(41)が直径４０ｍｍと直径６０ｍｍの２種類のものを用いた。ガス調整用部材(20)は、グラファイトからなり、鋳型(40)の成形孔(41)と同一径の通路孔(21)が設けられている。ガスの供給用通路となる環状溝(22)の内側径は７０ｍｍ、外側径は８０ｍｍであり、環状壁には幅３ｍｍの連通溝(23)を１２個有している。また、前記環状溝(22)および連通溝(23)の深さは０．０４ｍｍであり、この寸法が通路孔(21)に開口するスリット幅となる。ガスの排出用通路となる溝(29)は、幅５ｍｍ、深さ０．０４ｍｍである。また、前記タンディッシュ(10)の出湯口(11)および耐火性部材(12)の通路孔(13)は直径３０ｍｍである。

また、潤滑油としてなたね油を用い、供給ガス（Ｇ１）として空気を用いた。

前記アルミニウム合金の溶湯（Ｍ）を６８０℃に保持し、タンディッシュ(10)内の溶湯高さ（Ｈ）が常に２００ｍｍで一定となるように調整した。前記アルミニウム合金の比重は２．４であり、静水圧（Ｐ）は４８０ｍｍ_Ａｑの一定値となる。また、鋳造速度は表１に示すとおりである。

表１の実施例１〜５、８〜１２において、ガス溜まり（Ｇ）の圧力（Ｐ_Ａ）の脈動の制御方法として、上記〔２〕の脈動の周期を基準にして調整する方法を採用した。即ち、表１に示す周期に固定するともに、設定した周期で表１に示す最大圧力（Ｐ_ｍａｘ）および最小圧力（Ｐ_ｍｉｎ）となるように、供給ガス（Ｇ１）の流量および排出ガス（Ｇ２）の流量を調整弁(27)(32)の開度で調整しておく。このとき、ガス（Ｇ１）の注入量は表１に示す量となった。そして、設定された周期で電磁弁（26)(31)の開閉を切り替えることにより圧力（Ｐ_Ａ）を脈動させながら丸棒を連続鋳造した。

また、実施例６、７は、実施例１等と同様に脈動の周期を固定し、外部からガス（Ｇ１）を供給することなく、電磁弁(31)の開閉切り替えと排出ガス（Ｇ２）の流量調整のみで潤滑油由来のガスを排出させることにより圧力（Ｐ_Ａ）を脈動させた。このように、潤滑油量が多い場合は外部からガス（Ｇ１）を供給することなく所期する圧力で脈動させることができる。

一方、比較例１、２においては、外部からガス（Ｇ１）を供給せず、ガス排出管の電磁弁(31)を適宜開いてガス溜まり（Ｇ）の圧力（Ｐ_Ａ）が静水圧（Ｐ）を保持するように制御して鋳造した。

図５に示すように、鋳造した各鋳塊（Ｓ）の横断面において表層部に形成されるチル層（Ｓ１）を観察し、最上部における厚さ（Ｔ１）および最下部における厚さ（Ｔ２）を測定した。チル層（Ｓ１）は鋳型(40)における一次冷却で発生する凝固層であり、ガス溜まりによって冷却が遅くなるとチル層（Ｓ１）が成長せず薄くなる。即ち、チル層（Ｓ１）の厚さの上下差（Ｔ２−Ｔ１）は、鋳型(40)における冷却速度の上下差を示すものであり、ひいては内部組織の上下差を示すものとなる。チル層（Ｓ１）の厚さの上下差（Ｔ２−Ｔ１）を表１に併せて示す。

表１の実施例１〜９と比較例１との比較、実施例１０〜１２と比較例２との比較により、ガス溜まりの圧力を脈動させることにより、鋳型(40)の上下における冷却速度の差が小さくなり、チル層（Ｓ１）の上下差（Ｔ２−Ｔ１）が小さいことを確認することができた。

また、脈動の周期以外の条件が同等であれば、鋳造条件に拘わらず、脈動の周期が短い方がチル層（Ｓ１）の上下差（Ｔ２−Ｔ１）が小さくなる傾向があることも確認できた。即ち、実施例３と実施例４との比較、実施例８と実施例９との比較、実施例１１と実施例１２との比較に着目すると、鋳造速度、鋳塊直径、圧力範囲が異なっていても脈動周期が短い場合に上下差が小さくなることがわかる。また、実施例１０と実施例１１と実施例１２との比較に着目すると、ガス注入量および潤滑剤供給量が異なっていても脈動周期が短い場合に上下差が小さくなることがわかる。

本願は、２００６年１２月２７日に出願された日本国特許出願の特願２００６−３５１６７５号の優先権主張を伴うものであり、その開示内容はそのまま本願の一部を構成するものである。

ここに用いられた用語および表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではなく、ここに示されかつ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、この発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。

本発明の水平連続鋳造方法によれば、鋳型の上下で冷却速度が均一化されるので、鋳塊組織においても上下差が小さくなる。このため、各種分野において均一な鋳造組織が求められる製品や成形用材料として有用である。

Claims

タンディッシュから供給される溶湯を鋳型の出口から水平方向に鋳出す水平連続鋳造方法において、
鋳型の入口近傍に形成されるガス溜まりの圧力（Ｐ_Ａ）を、タンディッシュ内の溶湯高さにより発生する静水圧（Ｐ）の１〜１．２倍の圧力を最大圧力（Ｐ_ｍａｘ）とし、前記静水圧（Ｐ）よりも低い圧力を最小圧力（Ｐ_ｍｉｎ）として脈動させながら連続鋳造することを特徴とする水平連続鋳造方法。
前記脈動の周期が０．２〜５秒である請求項１に記載の水平連続鋳造方法。
前記脈動の最小圧力（Ｐ_ｍｉｎ）が大気圧から前記静水圧（Ｐ）の０．７倍までの範囲内に設定されている請求項１または２に記載の水平連続鋳造方法。
前記ガス溜まりのガスは、鋳型に供給された潤滑油が気化または分解した潤滑油由来のガス、または前記潤滑油由来のガスおよび外部から供給されるガスを含むガスである請求項１〜３のいずれかに記載の水平連続鋳造方法。
前記ガス溜まりのガスを間歇的に排出することにより脈動させる請求項１〜４のいずれかに記載の水平連続鋳造方法。
前記ガス溜まりへのガスの供給と、前記ガス溜まりからのガスの排出とを切り替えることにより脈動させる請求項１〜４のいずれかに記載の水平連続鋳造方法。
前記鋳型の上部側からガスを排出する請求項５または６に記載の水平連続鋳造方法。
水平方向に貫通する成形孔を有する鋳型、ガス調整用部材、耐火性部材およびタンディッシュが、タンディッシュ内の溶湯が耐火性部材およびガス調整用部材の通路孔を通って鋳型の成形孔に導入されるように配設された水平連続鋳造装置であって、
前記ガス調整用部材に、その通路孔に連通し、前記鋳型の成形孔内のガスを外部に排出させるガス排出管に接続される排出用通路が設けられ、かつ前記ガス排出管にガスの排出と排出停止を切り替える開閉弁が設けられ、
さらに、前記ガス調整用部材に、その通路孔に連通し、外部から前記鋳型の成形孔内にガスを供給するガス供給管に接続される供給用通路が設けられ、かつ前記ガス供給管にガスの供給と供給停止を切り替える開閉弁が設けられていることを特徴とする水平連続鋳造装置。
前記排出用通路が、前記鋳型または耐火性部材との合わせ面において通路孔の上部側に設けられた溝である請求項８に記載の水平連続鋳造装置。
前記供給用通路が、前記鋳型または耐火性部材との合わせ面において、通路孔の周りに設けられた環状溝、およびこの環状溝と通路孔の間の環状壁を切り欠いて通路孔に通じるように設けられた複数の連通溝である請求項８または９に記載の水平連続鋳造装置。
前記ガス調整用部材がガス透過性材料からなり、前記供給用通路が、前記鋳型または耐火性部材との合わせ面において通路孔の周りに設けられた環状溝であり、外部から供給されたガスが前記環状溝と通路孔の間の環状壁を透過して供給される請求項８または９に記載の水平連続鋳造装置。